Разработчики и производители сетевого магистрального оборудования активно осваивают новые технологии, позволяющие добиться более высокой пропускной способности при прежнем или даже меньшем уровне энергопотребления. Компания Nokia анонсировала новое поколение оптической платформы PSE-6s, обладающее уникальными характеристиками.

Как полагают аналитики, объём передаваемых по оптическим магистралям данных в течение ближайших четырёх лет будет расти на 40 % в год. И появление Nokia PSE-6s является ответом на этот вызов. По словам создателей, новые оптические движки в три раза производительнее моделей прежнего поколения.

Источник здесь и далее: Nokia

PSE-6s способны эффективно обслуживать каналы 400/800 Гбит/с на дистанциях свыше 2000 км, а благодаря уникальному межчиповому интерфейсу новинка является масштабируемой — это, как заявляет Nokia, первое в индустрии решение для когерентных оптических сетей с пропускной способностью 2,4 Тбит/с.

Так, Nokia PSE-6s использует 5-нм DSP, объединённые с фирменной кремниевой фотоникой CSTAR, что позволяет добиться скорости до 1,2 Тбит/с на длину волны при общей производительности PSE-6s на уровне 130 Гбод. При этом использование новых техпроцессов позволило снизить потребление новинки на 60 %.

Новые модули Nokia позволяют обойтись без дорогостоящих точек регенерации сигнала на дальних дистанциях, что существенно снизит расходы

Новые модули совместимы с платформами Nokia серии 1830 PSS, 1830 PSI-M и 1830 PSS-x, что позволяет сетевым операторам легко модернизировать свои платформы путём замены прежнего поколения оптических модулей на PSE-6s. Ряд крупных владельцев сетей уже высказали свою заинтересованность в новинке Nokia. Ожидается, что оборудование на базе PSE-6s будет доступно для тестирования во второй половине текущего года.

Сетевые технологии класса 800G продолжают активно внедряться в жизнь. Компания Infinera объявила о намерении модернизировать подводный кабель Unity с помощью новых оптических решений ICE6 800G. Этот кабель соединяет США и Японию, его длина составляет 9620 км. Приёмопередающие станции этой системы расположены в Лос-Анджелесе, штат Калифорния и в городе Чикура неподалёку от Токио.

Источник: Submarine Cable Networks

Кабель Unity был введён в эксплуатацию в 2010 году, запланированная пропускная способность тогда составляла 4,8 Тбит/с при производительности каждой пары волокон на уровне всего 960 Гбит/с. Применение технологии ICE6, включающей в себя использование нескольких поднесущих, упреждающую коррекцию ошибок и высокоинтегрированной фотоники позволит поднять пропускную способность каждой пары волокон до 7,4 Тбит/с. Это сделает Unity одной из самых быстрых систем связи между Азией и Северной Америкой.

Технология Infinera ICE6 позволяет существенно повысить плотность передачи данных. Источник: Infinera

Фотонные трансиверы ICE6 GX, разработанные Infinera, базируются на 7-нм техпроцессе и продвинутых элементах фотоники PIC, оптический движок при этом позволяет одновременно использовать две независимых длины волн. Модернизация Unity позволит продлить срок эксплуатации кабеля на четверть. Таким образом, видно, насколько продвинулись с 2010 года сетевые технологии: скорость выросла на порядок и сегодня реально получить производительность целого межконтинентального кабеля лишь для пары входящих в него волокон.

Генераторы случайных чисел используются в вычислительной технике едва ли не с момента её появления — без этого элемента немыслимы, к примеру, современная криптография или целый ряд алгоритмов. Генераторы истинно случайных чисел недешёвы, поэтому в индустрии широко применяется псевдослучайная генерация, которая, впрочем, не слишком энергоэффективна.

К тому же выдача таких генераторов потенциально содержит артефакты, могущие негативно влиять на статистику и даже служить источником уязвимостей. Компания Quside предлагает своё решение данного вопроса. Это первый, по словам создателей, в мире «ускоритель случайности» Randomness Processing Unit — RPU One.

Появление такого устройства в эру гиперскейлеров и облачных сервисов ожидаема, тем более что, по словам разработчиков, в нагрузках с элементами стохастических вычислений псевдослучайная генерация может задействовать до 50 % всех вычислительных ресурсов. Применение RPU One поможет этого избежать. Выигрыш в производительности при использовании нового ускорителя может составлять до 10 раз, а в энергоэффективности — до 20 раз. Правда, создатели сравнивают свой продукт с CPU, а не с другими аппаратными генераторами.

Выглядит новинка как обычная плата расширения с интерфейсом PCI Express. В основе, по всей видимости, лежит более ранняя разработка компании, чипсет Quside QN100, описание которого есть на сайте. Чип этот интересен тем, что использует для генерации потока случайных чисел квантовые эффекты.

Применение RPU One может высвободить немало вычислительных мощностей

В QN100 использованы фотонные элементы. Разработчики заявляют о более чем 95% непредсказуемости, а производительность одного чипа может достигать 1 Гбит/с. Но для RPU One заявлена производительность 10 Гбит/с, чего достаточно для обслуживания массы виртуальных машин. Вмешательство в код прикладного ПО при этом требуется минимальное. Новинка будет доступна как для локального развёртывания, так и у облачных партнёров Quside.

На конференции Hot Chips 34 компания Lightmatter, занимающаяся созданием фотонного ИИ-процессора, рассказала о своей новой разработке, Lightmatter Passage, открывающей для чиплетов эру фотоники. Как известно, переход на чиплеты позволил разработчикам сложных чипов сравнительно малой кровью обойти ограничения, накладываемые технологиями на создание монолитных кристаллов большой площади. Однако современный высокоскоростной межчиплетный интерконнект всё равно весьма сложен и потребляет сравнительно много энергии. И по мере роста количества чиплетов на общей подложке проблема будет лишь обостряться.

Изображения: Lightmatter (via ServeTheHome)

Но технология Lightmatter Passage, призванная заменить электрический интерконнект оптическим, позволит эту проблему обойти. По сути, Passage — универсальная кремниевая прослойка, содержащая в своём составе лазеры, оптические модуляторы, фотодетекторы, волноводы, а также классические транзисторы для сопутствующей логики. Поверх этой прослойки Lightmatter и предлагает размещать чиплеты любой архитектуры.

Электрическая часть Passage имеет изменяемую конфигурацию и в текущей реализации поддерживает установку до 48 чиплетов (в виде матрицы 6×8). Производится такая прослойка из 300-мм кремниевой пластины SOI, верхний и нижний слои Passage имеют классические контакты для чиплетов и установки на PCB соответственно. При этом максимальная подводимая электрическая мощность может достигать 700 Вт. Вся же коммуникация чиплетов между собой происходит внутри и является оптической.

Матрица фотонных волноводов, плотность которой в 40 раз выше, чем у традиционных оптоволоконные технологий, обеспечивает латентность одного перехода на уровне менее 2 нс. Как заявляют разработчики, расстояние между чиплетами при этом роли не играет — для любого сочетания пары точек «входа» и «выхода» сигнала значение задержки одинаково. Высокая плотность волноводов позволяет «накормить» каждый чиплет потоком данных до 96 Тбайт/с, а внешние каналы Passage позволяют связать чипы с другими компонентами системы на скоростях до 16 Тбайт/с.

Основой данной технологии является фирменная разработка компании, позволяющая точно «сшивать» в пределах нескольких слоев SOI-кремния электрические соединения с многочисленными волноводами. Уже существующая в кремнии тестовая реализация Passage потребляет 21 Вт, позволяет устанавливать до 48 чиплетов площадью по 800 мм², обеспечивает каждое посадочное место 32 каналами с пропускной способностью 1024 Тбит/с, причём топологию интерконнекта можно динамически менять.

Тестовая подложка Passage, полученная из 300-мм пластины, содержит 288 лазеров мощностью 50 мВт каждый. Всего в состав системы входит 150 тыс. компонентов, и это заявка на абсолютный рекорд для фотонных чипов. Кроме того, новая технология совместима со стандартом UCIe — говорится о скорости 32 Гбит/с на линию. Впрочем, в случае простого SerDes-соединения, как считают создатели, этот показатель можно поднять до 112 Гбит/с.

Фотоника сулит немалые преимущества, и особенно ярко они проявятся в случае достижения высокой степени интеграции — если внешний источник лазерного излучения может существенно усложнить систему и сделать её более дорогой, то интегрированный на кремниевую пластину, напротив, многое упрощает.

Неудивительно, что разработчики, бьющиеся над созданием гибридных фотонных чипов, нацелены именно на такой вариант. Ранее мы рассказывали о варианте Synopsys и Juniper Networks, которые также планируют использовать интегрированные лазеры в рамках возможностей техпроцесса PH18DA компании Tower Semiconductor, а сейчас успеха добилась корпорация Intel.

Традиционные оптические модуляторы достаточно громоздки. Источник: Intel Labs

Научно-исследовательское подразделение компании, Intel Labs, сообщает, что на базе «существующего кремниевого-фотонного техпроцесса для пластин диаметром 300 мм» удалось создать интегрированный лазерный массив, работающий с восемью длинами волн. Это хорошо отработанная технология, на её основе Intel уже производит оптические трансиверы, что открывает дорогу к достаточно быстрому началу производству фотонных чипов со встроенными лазерными массивами.

Вариант Intel использует компактные кольцевые микромодуляторы. Источник: Intel Labs

В технологии используются лазерные диоды с распределённой схемой обратной связи (distributed feedback, DFB), которая позволяет добиться высокой точности как в мощности излучения в пределах 0,25 дБ, так и в спектральных характеристиках, где отклонения в границах используемых спектров не превышают 6,5%. Достигнутые параметры превышают аналогичные показатели классических полупроводниковых лазеров.

Компания также отмечает, что применённая ей новая технология кольцевых микромодуляторов, отвечающих за конверсию электрического сигнала в оптический, существенно компактнее более традиционных решений других разработчиков. Такой подход позволяет поднять удельную плотность фотонных линий передачи данных, то есть, при прочих равных условиях, чип, оснащённый интерконнектом Intel, будет иметь более «широкую» оптическую шину с более высокой пропускной способностью.

В технологии используется массив из 8 лазеров. Источник: Intel Labs

Технология гибридной фотоники со встроенными лазерами, использующая мультиплексирование с разделением по длине волны (dense wavelength division multiplexing, DWDM), делает высокоскоростной оптический интерконнект возможным, но до успеха Intel данная технология упиралась именно в точность разделения спектра и в достаточно высокое энергопотребление источников излучения.

В настоящее время уже ведутся работы по созданию специального чиплета, который позволит вывести оптический интерконнект за пределы кремниевой пластины, а это в перспективе даст возможность как для фотонного соединения между центральным процессором и памятью или GPU, так и для реализации будущих ещё более скоростных версий стандарта PCI Express или его наследника.

Дорога к высокоскоростному оптическому интерконнекту открыта! Источник: Intel Labs

Ayar Labs, один из пионеров в освоении гибридных электронно-оптических технологий однако считает, что у подхода Intel есть и недостатки. Сам по себе оптический интерконнект, конечно, может быть производительнее классического, и к тому же он не подвержен помехам. Однако лазерные диоды по природе своей достаточно капризны, а глубокая интеграция источника излучения в чип при выходе хотя бы одного лазера из строя делает всю схему бесполезной. В своих решениях Ayar Labs полагается на внешний лазерный модуль SuperNova.

Американская компания Cisco, один из крупнейших в мире поставщиков сетевого оборудования, завершила сделку по поглощению Acacia Communications — разработчика оптических компонентов. Слияние позволит Cisco укрепить позиции на рынке кремниевой фотоники.

Напомним, что Cisco сообщила о планах по покупке Acacia ещё в 2019 году. Тогда говорилось, что сумма сделки составит приблизительно $2,6 млрд. Однако первоначальные условия впоследствии изменились. Так, в январе нынешнего года Acacia объявила о расторжении договора с Cisco: причиной стало то, что сделка в обозначенные сроки не получила одобрения Государственного управления по регулированию рынка Китайской Народной Республики (SAMR). В свою очередь, Cisco обратилась в суд, настаивая на завершении слияния.

Источник изображения: Cisco

Позднее компании смогли найти общий язык, правда, сумма сделки значительно выросла, составив $4,5 млрд. И вот теперь сообщается, что слияние завершено. Поглощение поможет Cisco расширить ассортимент продукции для построения высокоскоростных сетей передачи данных. Речь, в частности, идёт об оборудовании класса 400G и выше.